CN105349591A - 一种天然食品添加剂谷氨酸钠及其制备工艺 - Google Patents

一种天然食品添加剂谷氨酸钠及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物技术领域，公开了一种天然食品添加剂谷氨酸钠及其制备工艺，其制备工艺包括如下步骤：1）制备载体，2）制备通透剂，3）制备发酵培养基，4）微生物发酵，5）过滤以及6）提取。本发明制备工艺提高了菌株发酵效率，促进菌株的活力和产酸能力。

Description

一种天然食品添加剂谷氨酸钠及其制备工艺
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种天然食品添加剂谷氨酸钠及其制备工艺。
背景技术
谷氨酸钠作为一种天然食品添加剂广泛应用于食品领域，近年来颇受人们关注。谷氨酸，本身是一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的食品增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。谷氨酸主要用于生产味精、香料,以及用作代盐剂、营养增补剂和生化试剂等。L-谷氨酸本身可用作药物,参与脑内蛋白质和糖的代谢,促进氧化过程,该品在体内与氨结合成无毒的谷酰胺,使血氨下降,减轻肝昏迷症状。谷氨酸钠作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。
谷氨酸的产量主要取决于菌株的产胶率以及糖转化率，现有菌种存在产量不高，转化率低，菌株发酵活力差等问题。如何克服上述缺陷是科研人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明人在现有技术和申请人先前研究的基础上，进行了多次探索和试验，提供了一种天然食品添加剂谷氨酸钠及其制备工艺。
本发明的技术方案是通过如下方式来实施的，
一种天然食品添加剂谷氨酸钠的制备工艺，其包括如下步骤：
1）制备载体，2）制备通透剂，3）制备发酵培养基，4）微生物发酵，5）过滤以及6）提取；
其具体包括如下步骤：
1）制备载体：将竹炭纤维、壳聚糖以及水按照1:2:4的质量比混合，300转/min搅拌5min，然后烘干，粉碎成粉末即得；
2）制备通透剂：将乳糖酸钙和玉米油按照2:1的质量比混合均匀而得；
3）制备发酵培养基：按照重量份称取葡萄糖50g，玉米浆40g，硫酸铵20g，酵母提取物10g，磷酸二氢钾2g，磷酸氢二钾1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，离子溶液1ml，水1000ml，pH控制在7.2，pH值采用氨水调节；所述离子溶液的制备方法为：称取MnCl210g、H3BO37g、FeCl35g、CoCl23g、CuCl20.5g、2mol/L的H2SO410ml，依次添加到1000ml蒸馏水中，搅拌均匀即得。
4）微生物发酵：往谷氨酸棒杆菌种子液中添加载体，搅拌均匀，静置6小时，然后以10％接种量接种到发酵培养基中发酵，同时添加通透剂，发酵温度控制在33℃，发酵时间为60小时，得到谷氨酸发酵液；发酵过程通过自动流加氨水控制pH在7.2；通过流加浓度为200g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在2.0％以上；
所述种子液、载体以及通透剂的质量比为1000:10:1；
5）过滤：往谷氨酸发酵液中同时加入液氨和碳酸钠进行反应，液氨和碳酸钠的摩尔比为2：1，得到pH为6.9-7.1的含有谷氨酸钠粗产物的发酵液；再经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和谷氨酸钠净化液；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300Da，超滤温度为36℃；
6）提取：往谷氨酸钠净化液添加活性炭去除色素，过滤去除活性炭，然后浓缩成原体积的三分之一，一次结晶获得谷氨酸粗晶体和一次母液；再将粗晶体进行二次结晶得谷氨酸钠晶体和二次母液，将谷氨酸钠晶体干燥即得。
本发明取得的有益效果主要包括：
本发明采用载体，使得菌株可以有效地附着到载体上，避免了菌株过度簇集导致的活力降低或死亡，提高了发酵效率；
本发明使用新型通透剂处理替代传统的物理法相比，操作方式简便，对仪器设备要求不高，能够进行规模化生产，大大提高了产率；与化学法相比，增加了生产过程的安全性，杜绝了毒物残留，本发明通透剂无毒且易降解，生物相容性好，对环境绿色友好，不会造成环境污染；
本发明优化了发酵培养基，添加了离子液，提高了发酵效率，促进菌株的活力和产酸能力。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种天然食品添加剂谷氨酸钠的制备工艺，其包括如下步骤：
1）制备载体：将竹炭纤维、壳聚糖以及水按照1:2:4的质量比混合，300转/min搅拌5min，然后烘干，粉碎成粉末即得；
2）制备通透剂：将乳糖酸钙和玉米油按照2:1的质量比混合均匀而得；
3）制备发酵培养基：按照重量份称取葡萄糖50g，玉米浆40g，硫酸铵20g，酵母提取物10g，磷酸二氢钾2g，磷酸氢二钾1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，离子溶液1ml，水1000ml，pH控制在7.2，pH值采用氨水调节；所述离子溶液的制备方法为：称取MnCl210g、H3BO37g、FeCl35g、CoCl23g、CuCl20.5g、2mol/L的H2SO410ml，依次添加到1000ml蒸馏水中，搅拌均匀即得。
4）微生物发酵：往谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)ATCC13032种子液（浓度为1×108个/ml）中添加载体，搅拌均匀，静置6小时，然后以10％接种量接种到发酵培养基中发酵，同时添加通透剂，发酵温度控制在33℃，发酵时间为60小时，得到谷氨酸发酵液；发酵过程通过自动流加氨水控制pH在7.2；通过流加浓度为200g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在2.0％以上；
所述种子液、载体以及通透剂的质量比为1000:10:1；
5）过滤：往谷氨酸发酵液中同时加入液氨和碳酸钠进行反应，液氨和碳酸钠的摩尔比为2：1，得到pH为6.9-7.1的含有谷氨酸钠粗产物的发酵液；再经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和谷氨酸钠净化液；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000Da，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300Da，超滤温度为36℃；
6）提取：往谷氨酸钠净化液添加活性炭去除色素，过滤去除活性炭，然后浓缩成原体积的三分之一，一次结晶获得谷氨酸钠粗晶体和一次母液；再将粗晶体进行二次结晶得谷氨酸钠晶体和二次母液，将谷氨酸钠晶体干燥即得。
经检测，发酵液中谷氨酸的产量达到247g/L，糖酸转化率为81.3％，最终获得的谷氨酸钠的纯度为98％以上，成品颜色感官好，结晶粒均匀，完全达到食品添加剂的标准。
对比例1
一种天然食品添加剂谷氨酸钠的制备工艺，其包括如下步骤：
1）制备通透剂：将乳糖酸钙和玉米油按照2:1的质量比混合均匀而得；
2）制备发酵培养基：按照重量份称取葡萄糖50g，玉米浆40g，硫酸铵20g，酵母提取物10g，磷酸二氢钾2g，磷酸氢二钾1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，离子溶液1ml，水1000ml，pH控制在7.2，pH值采用氨水调节；所述离子溶液的制备方法为：称取MnCl210g、H3BO37g、FeCl35g、CoCl23g、CuCl20.5g、2mol/L的H2SO410ml，依次添加到1000ml蒸馏水中，搅拌均匀即得。
3）微生物发酵：将谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)ATCC13032种子液（浓度为1×108个/ml）以10％接种量接种到发酵培养基中发酵，同时添加通透剂，发酵温度控制在33℃，发酵时间为60小时，得到谷氨酸发酵液；发酵过程通过自动流加氨水控制pH在7.2；通过流加浓度为200g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在2.0％以上；所述种子液以及通透剂的质量比为1000:1；
4）过滤：往谷氨酸发酵液中同时加入液氨和碳酸钠进行反应，液氨和碳酸钠的摩尔比为2：1，得到pH为6.9-7.1的含有谷氨酸钠粗产物的发酵液；再经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和谷氨酸钠净化液；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000DA，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300DA，超滤温度为36℃；
5）提取：往谷氨酸钠净化液添加活性炭去除色素，过滤去除活性炭，然后浓缩成原体积的三分之一，一次结晶获得谷氨酸钠粗晶体和一次母液；再将粗晶体进行二次结晶得谷氨酸钠晶体和二次母液，将谷氨酸钠晶体干燥即得。
经检测，发酵液中谷氨酸的产量达到203g/L，糖酸转化率为73.5％。
对比例2
一种天然食品添加剂谷氨酸钠的制备工艺，其包括如下步骤：
1）制备载体：将竹炭纤维、壳聚糖以及水按照1:2:4的质量比混合，300转/min搅拌5min，然后烘干，粉碎成粉末即得；
2）制备发酵培养基：按照重量份称取葡萄糖50g，玉米浆40g，硫酸铵20g，酵母提取物10g，磷酸二氢钾2g，磷酸氢二钾1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，离子溶液1ml，水1000ml，pH控制在7.2，pH值采用氨水调节；所述离子溶液的制备方法为：称取MnCl210g、H3BO37g、FeCl35g、CoCl23g、CuCl20.5g、2mol/L的H2SO410ml，依次添加到1000ml蒸馏水中，搅拌均匀即得；
3）微生物发酵：往谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)ATCC13032种子液（浓度为1×108个/ml）中添加载体，搅拌均匀，静置6小时，然后以10％接种量接种到发酵培养基中发酵，发酵温度控制在33℃，发酵时间为60小时，得到谷氨酸发酵液；发酵过程通过自动流加氨水控制pH在7.2；通过流加浓度为200g/L的葡萄糖溶液将残糖控制在2.0％以上；
所述种子液、载体的质量比为100:1；
4）过滤：往谷氨酸发酵液中同时加入液氨和碳酸钠进行反应，液氨和碳酸钠的摩尔比为2：1，得到pH为6.9-7.1的含有谷氨酸钠粗产物的发酵液；再经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和谷氨酸钠净化液；其中，微滤膜为无机陶瓷膜，截留分子量为2000DA，微滤温度为36℃；超滤膜截留分子量为300DA，超滤温度为36℃；
5）提取：往谷氨酸钠净化液添加活性炭去除色素，过滤去除活性炭，然后浓缩成原体积的三分之一，一次结晶获得谷氨酸钠粗晶体和一次母液；再将粗晶体进行二次结晶得谷氨酸钠晶体和二次母液，将谷氨酸钠晶体干燥即得。
经检测，发酵液中谷氨酸的产量达到211g/L，糖酸转化率为74.1％。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种天然食品添加剂谷氨酸钠的制备工艺，其包括如下步骤：
1）制备载体，2）制备通透剂，3）制备发酵培养基，4）微生物发酵，5）过滤以及6）提取。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
1）制备载体：将竹炭纤维、壳聚糖以及水按照1:2:4的质量比混合，300转/min搅拌5min，然后烘干，粉碎成粉末即得；
2）制备通透剂：将乳糖酸钙和玉米油按照2:1的质量比混合均匀而得；
3）制备发酵培养基：按照重量份称取葡萄糖50g，玉米浆40g，硫酸铵20g，酵母提取物10g，磷酸二氢钾2g，磷酸氢二钾1g，氯化钙0.2g，硫酸镁0.1g，离子溶液1ml，水1000ml，pH控制在7.2，pH值采用氨水调节；
4）微生物发酵：往谷氨酸棒杆菌种子液中添加步骤1）的载体，搅拌均匀，静置6小时，然后以10％接种量接种到发酵培养基中发酵，同时添加步骤2）的通透剂，发酵温度控制在33℃，发酵时间为60小时，得到谷氨酸发酵液；所述种子液、载体以及通透剂的质量比为1000:10:1；
5）过滤：往谷氨酸发酵液中加入液氨和碳酸钠进行反应，液氨和碳酸钠的摩尔比为2：1，得到pH为6.9-7.1的含有谷氨酸钠粗产物的发酵液；再经微滤膜过滤除菌，分别收集截留物和滤过液；然后将滤过液继续进行超膜过滤，收集浓缩液和谷氨酸钠净化液；
6）提取：往谷氨酸钠净化液添加活性炭去除色素，过滤去除活性炭，然后浓缩成原体积的三分之一，一次结晶获得谷氨酸钠粗晶体和一次母液；再将粗晶体进行二次结晶得谷氨酸钠晶体和二次母液，最后将谷氨酸钠晶体干燥即得。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述离子溶液的制备方法包括如下步骤：称取MnCl210g、H3BO37g、FeCl35g、CoCl23g、CuCl20.5g、2mol/L的H2SO410ml，依次添加到1000ml蒸馏水中，搅拌均匀即得。
4.按照权利要求1-3所述工艺制备的天然食品添加剂谷氨酸钠。
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